电子电路仿真软件简介.doc

综合资源规划与资源选择 Error! No text of specified style in document.附录2 EDA常用软件介绍 EDA工具层出不穷，目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有：multiSIM7（原EWB的最新版本）、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIIogic、Cadence、MicroSim等等。这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行电路设计与仿真，同进还可以进行PCB自动布局布线，可输出多种网表文件与第三方软件接口。在用试验板或者其他的东西进行电子制作时，会发现做出来的东西有很多的问题，事先并没有想到，这样一来就浪费了我们的很多时间和物资。而且增加了产品的开发周期和延续了产品的上市时间从而使产品失去市场竞争优势。有没有能够不动用电烙铁试验板就能知道结果的方法呢？结论是有，这就是电路设计与仿真技术。 电子电路设计与仿真工具包括SPICE/PSPICE；multiSIM7；Matlab；SystemView；MMICAD LiveWire、Edison、Tina Pro Bright Spark等。其中：SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）：是由美国加州大学推出的电路分析仿真软件，是20世纪80年代世界上应用最广的电路设计软件，1998年被定为美国国家标准。1984年，美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE（Personal-SPICE）。现在用得较多的是PSPICE6.2，可以说在同类产品中，它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件，在国内普遍使用。最新推出了PSPICE9.1版本。它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无论对哪种器件哪些电路进行仿真，都可以得到精确的仿真结果，并可以自行建立元器件及元器件库。 multiSIM（EWB的最新版本）软件：是Interactive Image Technologies Ltd在20世纪末推出的电路仿真软件。其最新版本为multiSIM7，目前普遍使用的是multiSIM2001，相对于其它EDA软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表，与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样，但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色，几乎能够100%地仿真出真实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、瓦特表、双踪示波器（对于multiSIM7还具有四踪示波器）、波特仪（相当实际中的扫频仪）、数字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪、网络分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，比如电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟集成电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自制元器件。MultiSIM7还具有I-V分析仪（相当于真实环境中的晶体管特性图示仪）和Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。 MATLAB产品族：它们的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块，包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。它具有数据采集、报告生成和MATLAB语言编程产生独立C/C+代码等功能。MATLAB产品族具有下列功能：数据分析；数值和符号计算、工程与科学绘图；控制系统设计；数字图像信号处理；财务工程；建模、仿真、原型开发；应用开发；图形用户界面设计等。MATLAB产品族被广泛应用于信号与图像处理、控制系统设计、通讯系统仿真等诸多领域。开放式的结构使MATLAB产品族很容易针对特定的需求进行扩充，从而在不断深化对问题的认识同时，提高自身的竞争力。下面重点介绍在电子电路设计时用到的EWB和Multisim这两个软件的简单操作与使用。 B.1 EWB简介 Electronic Workbench （EWB）即电子设计工作平台，是加拿大公司Interactive Image Technologies Ltd.公司于1988年开发的用于电子电路仿真的虚拟电子实验室。EWB具有集成化、一体化的设计环境、专业的原理图输入工具、真实的仿真平台、强大的分析工具、完整、精确的元件模型等特点，是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以比用实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。可直接在迅雷中搜索EWB，下载解压后不必安装，直接运行WEWB32.EXE即可。B.1.1主界面EWB系统如同一个实际的电子实验室，主要由以下几个部分组成：元器件栏、电路工作区、仿真电源开关、电路描述区等。其主工作界面如图B-1所示。其中元器件栏中用于存放各种元器件和测试仪器，电路工作区就象实验室的工作平台，可以将元器件栏中的各种元器件和测试仪器移到工作区，在工作区中搭接设计电路。另外，用户可以在电路描述区对电路的功能及仿真结果进行说明。电路描述区元器件栏仿真电源开关 电路工作区图B-1 EWB的主界面B.1.2元器件模型库EWB中提供了丰富的元器件模型，供用户选择使用。各元器件模型按类分别存放，用鼠标点击后将会出现同类别的不同元器件。现分述如下： (1) 电源库：包括各种各样的交直流电源，如电池、恒流源、接地、压控电流源等等。图B-2 电源库 (2) 基本元器件库：有电阻、电容、电感、电解电容、变压器、继电器、电位器等等。图B-3 基本元器件库 (3) 二极管库：有二极管、稳压管、整流桥堆、发光二极管、可控硅等等。图B-4 二极管库(4) 晶体管库：有PNP三极管、NPN三极管、场效应管等。图B-5 晶体管库 (5) 模拟集成电路库：有运算放大器、比较器、锁相环等。图B-6 模拟集成电路库(6) 模拟与数字混合集成电路库：有模数转换器、数模转换器、555时基电路等。图B-7 模拟与数字混合集成电路库（7） 数字集成电路库：有各种CMOS和TTL数字电路。图B-8 数字集成电路库（8） 逻辑门电路库：有与门、与非门、或门、或非门等。图B-9 逻辑门电路库（9） 触发器库：有RS触发器、D触发器、JK触发器等。图B-10 触发器库（10） 控制器库：如微分器、积分器、除法器等。图B-11 控制器库（11） 其它库：如晶振、保险丝等。图B-12 其它库B.1.3 数据输出库 (1) 指示器库：如伏特表、安培表、七段数码管等。图B-13 指示器库 (2) 仪器库：如示波器、万用表、信号发生器、逻辑函数转换仪等。图B-14 仪器库B.1.4 电路分析工具EWB提供了不同功能的分析工具，点击菜单栏中的Circuit，就会弹出如附图所示的菜单，其中列出了基本分析工具，现分述如下：(1) 直流工作点分析：用于分析电路的静态工作点，计算出电路中的直流电压、电流。(2) 交流频域分析：交流频率分析即分析电路的频率特性。(3) 暂态分析：暂态分析即观察所选定的节点在整个显示周期中每一时刻的电压波形。(4) 傅里叶分析：傅里叶分析用于分析一个时域信号的直流分量、基频分量和谐波分量。(5) 蒙特卡洛分析：用于分析电路参数以某种统计规律分布时对电路性能的影响.B.1.5 基本操作方法进行仿真试验的步骤主要分为两步：首先进行电路原理图的搭建 ，然后应用不同的电路分析工具进行电路的仿真，现举例分述如下：图B-15 单管共发射极基本放大电路（1）电路原理图的搭建 在元件库中选择图B-15中所示晶体管模型，信号发生器（产生频率为1KHz、幅值为10mV的正弦信号），电容、电阻等元器件，并将其拖至工作区。 根据电路图适当调整元器件的位置和方向，并连接电路。将光标移至元器件图标的端子上，会出现一个黑点，然后单击鼠标左键并拖至另一只端子，就会自动完成连线。如果想调整方向，可通过工具栏中相应的工具实现。 双击选择的各元件，通过其属性对话框进行赋值。（2）电路的仿真完成电路的搭建后，就可以进行电路的仿真了。既可以点击菜单栏中的Circuit完成不同功能的电路分析，也可以点击右上方的仿真启停按键，直接显示电路的时域波形以及数值输出。双击示波器图标，由波形图可观察到电路的输入、输出电压信号反相位关系。如图B-16所示。图B-16 交流输入、输出波形B.2 NI Multisim 简介Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。NI Multisim 11.0是早期的Electronic Workbench（EWB）的升级换代的产品。 Multisim 11提供了功能更强大的电子仿真设计界面，能进行射频、PSPICE、VHDL等方面的仿真, Multisim 11还提供了更为方便的电路图和文件管理功能。更重要的是，Multisim 11使电路原理图的仿真与完成PCB设计的Ultiboard 11仿真软件结合起来一起构成新一代的EWB软件，使电子线路的仿真与PCB的制作更为高效。下载软件可以到其官方网站下载NI Multisim 11.0的完全试用版，输入安装序列号，完成安装。B.2.1基本操作界面介绍启动Multisim 11.0后，将出现如图B-17所示的基本操作界面。可以看出Multisim 11和Windows的操作界面机器类似。设计工具箱工具栏菜单栏电路工作区图B-17 Multisim 11基本操作界面界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路工作区，设计工具箱，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。(1) 菜单栏：图B-18 Multisim 11菜单栏Multisim 11的菜单如图B-18所示，包括了12个文件菜单。其中：Place菜单：提供绘制仿真电路所需的元器件、导线、结点，以及文本框等文字内容;MCU菜单：提供了带有微控制器的嵌入式电路仿真功能；Simulate菜单：提供了启停电路仿真和仿真所需的各种仪器仪表，提供了对电路的各种分析选项（如放大电路的静态工作点分析）等功能。(2) 工具栏：它主要包括标准工具栏、视图工具栏、主工具栏、仿真开关、元件工具栏（如图B-19）和仪器工具栏（如图B-20。这些工具栏的显示与否可在“视图”菜单中选择，而且这些工具栏的位置可以随意拖动摆放。图B-19 元件工具栏图B-20 仪器工具栏其中，设计工具箱：主要用于层次电路的显示。其由3个不同的选项卡组成，分别为层次化选项卡、可视化选项卡和工程视图选项卡。而电路工作区：基本工作界面的最主要部分，用来创建用户需要检验的各种实际电路。B.2.2Multisim 11的分析方法Multisim 11提供了19种仿真分析方法，分别是：直流静态工作点分析(DC Operating Point Analysis)、交流分析（AC Analysis）、单一频率交流分析(Single Frequency AC Analysis)、瞬态分析（Transient Analysis）、傅里叶分析（Fourier Analysis）、噪声分析（Noise Analysis）、噪声系数分析（Noise Figure Analysis）、失真分析（Distortion Analysis）、直流扫描分析（DC Analysis）、灵敏度分析（Sensitivity Analysis）、参数扫描分析（Parameter Sweep）、温度扫描分析（Temperature sweep）、零-极点分析（Pole-Zero）、传输函数分析（Transfer Function）、最坏情况分析（Worst Case）、蒙特卡罗分析（Monte Carlo）、线宽分析（Trace width Analysis）、批处理分析（Batched Analysis）和用户自定义分析（User Defined）。B2.3 Multisim11.0文件建立及仿真以图B-22 的共射极放大电路为例，说明Multisim 文件建立及仿真过程。 图B-22 共射极放大电路1. 编辑原理图(1) 设计电路界面：打开Multisim基本界面，通过Options菜单中的若干选项，可以设计出个性化的界面。(2) 电路搭建电路界面设计好后，就可以进行电路搭建了。第一步，元件选择。根据图B-22 的电路图，从元件工具栏中可以进行元件的选择。待放大的信号源、直流电源、接地端可以从电源库(Sources)中选取如图B-23所示。图B-23中，双击元器件可以进行电源参数、符号等进行设置如图B-24 所示。 图B-23 电源器件选择 图B-24 电源参数设置在对话框中，点击View/Toolbars中的Virtus，可将常用的元器件库加入到工具栏中，如图B-25所示。在基本元件库(Basic)中选择电阻、电容器件，三极管从晶体管库(Transistors Components)选择 。同样可以通过双击元器件来改变其属性。图B-25 虚拟元件库第二步，调整元件位置。若选取的元件如果方向不符合要求，可以由“Ctrl+R”快捷键或由Edit 菜单中的旋转选项进行旋转。这样图B-22电路中所需的所有元件都选取在图B-26所示的界面中，In Use List栏内列出了电路所用的所有元件。图B-26 已选取的所有元件（3）电路连线。元件选择后，就可以进行电路连线了，步骤是：将鼠标指向所要连接的元件引脚，鼠标指针变成圆圈状，按住鼠标左键并开始移动鼠标，拉出一条虚线，如果要从某点转弯，点击左键固定该点，继续移动直到终点，点击即完成一条连线。加入示波器，用示波器观察输入、输出波形。整个电路完成连线后如图B-27所示。图B-27 完成连线后的电路（4）电路的进一步编辑。为了使电路更加整洁、更便于仿真，可以做一些进一步编辑。1）修改元件参考序号。双击元件符号，在其属性对话框中